土壤形成

土壤的主要成土过程

成土过程的系统分析：从系统研究的观点出发，土壤是自然环境中一个相对独立

的系统，属于开放系统。对土壤系统的研究侧重于分析物质的运动和转化。我们

将其概括为四个基本过程：

（1）输入土壤系统的物质输入主要有：岩石风化后疏松碎屑物的加入；水分通

过降水、径流等形式进入土体；随水加入的溶解物质和悬浮物质；源自植物与动

物的有机质；来自大气中的O2等。

（2）输出土壤系统的物质输出主要有：表层土壤的侵蚀；水分向大气的蒸发和

向地下的渗透；随水流发生的溶解和悬浮物质的损失；土壤矿质化和反硝化作用

导致的CO2和N2的释放等。

（3）转移转移是指物质在土壤内部的位置移动，在大部分情况下移动是向下进

行的。其中包括粘粒、有机质、铁铝氧化物等胶体物质及较大的矿物颗粒以水中

悬浮状态进行的向下淋洗，以及简单盐类与其他离子以溶解状态发生的向下淋

溶，但有时也发生向上的转移（蒸发较强时）和侧向的移动（坡度较陡时）。上

述的物质转移主要是由土壤内部的水流带动和控制的，因此可说是物理的或机械

的转移。与此相对的是生物转移。这包括一部分土壤动物的搬运活动和植物根系

对养分元素的选择性吸收引起的物质转移。

（4）转化土壤中的物质转化主要是指在土体内物质存在形式或性质的改变。如

残落物转化为腐殖质、原生矿物转化为次生矿物；养分元素从封闭状态转化为自

由状态；铁锰结核的形成；结构体的组织，等等。

从整体上来说，输入和输出过程代表的是土壤系统与外界的物质交换，而转移和

转化则主要反映的是土体内部的物质位移、变动与重新组合。四种过程是土壤系

统分析的理论基础和高度概括。

在实际工作中，土壤学家发现在各种不同的自然环境条件下，土壤都表现出某种

独特的成土作用，因此细分出了许多方面。根据主因的不同，土壤的形成过程又

分为生物过程和地球化学过程两大类。下面将择其要者阐释如下：

1．腐殖化过程

腐殖化过程是一种生物成土过程。指进入土壤的有机残体转化为腐殖物质并在土

壤表层积累的过程。腐殖化过程的结果是在土壤的表层形成一个色调偏暗的腐殖

质层（Ah）。腐殖化过程是矿质土壤形成中的一个普遍过程。但由于不同自然

地理环境中的植被与气候条件的差异，腐殖化的程度有强有弱，影响的深度有大

有小。因此各地土壤的腐殖质层的厚薄、颜色的深浅各有不同。一般来说，在冷

湿的草原及草甸植被下土壤腐殖质层发育最厚，腐殖质含量最高，颜色最暗。

2．泥炭化过程

泥炭化过程也是一种生物成土过程。是指有机质主要以植物残体形式在土体上部

积聚的过程。泥炭化过程主要发生在地下水水位很高或地表有积水的沼泽地带。

在积水环境下，大量湿生植物的残体因缺乏氧气而不能彻底分解或完全腐殖化，

逐渐堆积形成泥炭层（H）。有时泥炭层中尚能保留植物体的组织原状。

3．灰化过程

灰化过程一般发生在冷湿的气候条件下，尤其是在寒带针叶林地区最为典型。灰

化作用发生的具体条件可以概括为四点：①降水量大于蒸发量，保证它有充足的

水分形成常年向下的淋洗水流。②比较低的温度条件，微生物的活性受到限制，

有机质分解缓慢，有机酸大量积累。特别是具有寒冷漫长的冬季与短暂凉爽夏季

的地区，对灰化作用最有利。③地表植物残体积聚，形成较厚的覆盖层。残落物

中缺乏盐基元素，腐解产生的有机酸酸性很强。④母质排水条件良好，质地不很

粘重，有利于水分下行。

地表覆盖层中产生的大量有机酸，在水流的携带下向下移动进入土体上部。活性

很强的有机酸对土壤矿物有强烈的破坏性，除含硅较多的石英外，大部分的原生

和次生矿物都会在有机酸的作用下分解，从矿物中分离出来的大量盐基离子和铁

铝氧化物与腐殖质一起随强酸性溶液向下运动，经过一段距离的迁移后，腐殖质

与铁铝的氧化物发生淀积，其他盐基离子则继续下行直至淋失。这一过程的结果

产生了差别明显的淋溶层和淀积层。淋溶层又分为两部分：上部是一个薄的酸性

的，腐殖质含量较丰富的A层，颜色偏暗；下部由于氧化铁和腐殖质等染色剂

已大量淋失，仅残留下石英等浅色矿物，因而出现一个质地松脆、颜色灰白的酸

性E层。B层由于腐殖质和氧化铁等胶体物质的淀积，因而呈现出红棕色。愈靠

近上部颜色愈浓。在E／B两层交接处形成一个色调差别非常明显的界面。B层

由于胶体物质的淀积，因此比较致密。特别是当氧化铁和氧化铝聚集时，可使一

部分土壤颗粒胶结成如石块般坚硬的层次，这种胶结层称为“硬盘”。

“灰化”这个词来源于俄语，意为“灰土”，因为俄国土壤学家最早研究了亚极

地针叶林下的土壤，发现E层的特性很突出，外貌像草灰的样子，故取名为灰

化土。现代分类学意义上严格的灰化土也只是出现在寒带的针叶林地区和一部分

山地的上部。但灰化现象的出现范围却非常广泛，在冬季寒冷潮湿的某些较中纬

度带也有发生，但不如高纬地带典型。

4．铁铝化过程

铁铝化过程的发生条件与灰化作用的条件不同。它出现在高温多雨的气候条件

下。湿润的低纬度地区几乎都有程度不同的铁铝化作用发生。铁铝化发生的具体

条件是：①全年降雨量大于蒸发量，或者有一定的蒸发大于降水的旱季。但总起

来看土壤水分以下行淋洗为主。②持续高温，土壤细菌和真菌活动强烈，死亡植

物迅速彻底的分解，产生的有机酸很少。③植被繁茂，生物量较大，有机质主要

分布于活体之内，地面及土壤中有机质不多，生物循环作用旺盛。④母质排水条

件良好，有利于淋溶过程的进行（图9．24）。

铁铝化作用与灰化作用的最大差别就在于腐殖质的积累不多，产生的有机酸很

少，表面土壤只呈微酸性反应。高温多雨地区也是风化作用最强烈的地区。土壤

中的化学风化进行得比较彻底，原生硅酸盐矿物风化后，释放出盐基子和硅酸根

离子（SiO32-），并形成高岭石及三水铝石和赤铁矿等稳定的次生三二氧化物

｛R2O3·（nH2O）｝。在酸性和弱酸性条件下，盐基离子和硅酸根离子随水淋

溶，但氧化铁和氧化铝却不受淋洗（只有当pH＜4.5的强酸条件时才会移动），

而是作为残余物质留在土层之中。下渗的水流带走了硅酸根和大部分的盐基离

子，铁铝氧化产物由于其他成分被淋洗而变得相对富集。

铁铝化过程的结果在土壤剖面上并没有产生像灰化土那样鲜明的层次分异，而是

由铁的染色作用使整个土壤剖面呈现红色（或黄色）的基调。如果表层腐殖质含

量较多的话，A层也可能呈现红棕色或红褐色。在有季节性干旱的地区，土壤水

分在旱季向上运行，可将底层强酸环境中的一些铁铝物质向上携带沉积，与原有

的铁铝氧化物聚积发展成一种红色的铁铝胶结层，称为laterite（来自拉丁文，意

为“砖”）。因为当这种物质暴露于空气中时，会变得非常坚硬。在印度支那地

区就经常把它砌成砖块，干燥后作为建筑材料使用。砖红壤也因此得名。由于热

带地区砖红壤中的铁铝化过程最为突出和典型，所以过去习惯上也称铁铝化过程

为砖红壤化过程。

5．钙化过程

钙化过程是干旱与半干旱地区土壤中普遍存在的成土过程。以中纬度的草原和荒

漠草原地带最为典型。钙化作用发生的条件是：①降水量与蒸发量接近相等或低

于蒸发量，淋溶作用微弱。②温度和降水有比较明显的变化，降水集中时或有一

定的淋溶作用，但干旱时期以毛管水上升为主。③由于下层土壤水分不足，难以

支持深根性的森林植被生长，植物以浅根性的草类为主。④母质排水良好，土壤

不受地下水位的影响（图9．25）。

虽然由于水分不足，使土壤的淋溶作用比较微弱，但在降水过程中仍然存在水分

的向下运动。土壤中由于矿物风化和有机质分解而释放的盐基离子也必然随水迁

移。但不同种类盐基离子的活性是有差异的，一价离子如Na+，K+的溶解性最强，

极易随水迁移；一价离子如Ca2+，Mg2+等，溶解性较弱，活动性也差。随着下行

水分的不断减少，溶液浓度逐渐升高，二价离子便会在一定范围内形成固体盐类

沉积下来，其中尤以碳酸钙（CaCO3）的沉积最为突出。有时也有石膏（CaSO4）

的淀积。而一价离子则大多随水淋失，最终脱离土体。在干旱季节里，由于土壤

表层蒸发强烈，雨季储存于下层深处的毛管水便会向上运动，上升到一定高度时

水分蒸发，其中所含的Ca盐也会析出沉淀。这样就在土体之内形成一个含Ca

量丰富的层次，称为钙积层。

钙化过程的结果也使土体出现明显的层次分异。上部由于草本植物的影响，形成

一个有机质含量较高的暗黑或暗棕色的表层（颜色深浅视有机质含量而异），表

层以下则由于CaCO3的积累而出现色调较浅的钙积层。钙积层的深浅或出现的

部位与气候的干湿程度有关。虽然钙化过程都发生在降水量不大的地区，但降水

的多寡仍导致淋溶的程度有强有弱，因此形成的钙积层也就有浅有深。在钙积层

中，CaSO4的溶解性稍强于CaCO3，故石膏淀积在碳酸钙之下。

6．粘化过程

粘化过程在温带和暖温带的湿润、半湿润气候条件下特别突出。土体中稳定和适

宜的水热条件，有利于原生矿物化学风化作用的进行。但风化的强度逊于铁铝化

过程，风化作用的产物主要是次生的粘土矿物，如伊利石、蒙脱石、高岭石等。

粘化过程的结果通常是在土体心部形成一个次生矿物聚集的粘化层（Bt）。粘化

层中次生粘土矿物的来源可有两种途径：一是原生矿物原位转化形成，这称为残

积粘化；一是由上部土层淋洗迁移而来，称为淀积粘化。一般来说，在淋溶作用

较弱的地区土壤粘化过程以残积粘化为主。在淋溶作用较强的地区，则兼有残积

粘化和淀积粘化的双重作用（图9．26）。

以上所述的灰化、铁铝化、钙化和粘化四种成土过程都是与大范围的气候条件相

联系的，它们的发生具有地带性的分布规律，因此也称为地带性成土作用。地带

性土壤的发育都必须满足一个条件，即分布于排水良好的地形部位上，以保证在

降水后把土壤中过剩的水分全部排走。但地球陆地表面各处都有排水不良的地

方，这些地方包括湿润气候下的沼泽地、集水地和低平湿地，以及干燥气候下的

碟形洼地。这些地区的共同特点是地下水位接近地表，整个土体或下层土壤处于

水分饱和状态中。因局地排水条件不良而引起的成土过程包括潜育化和盐化过

程。它们都是隐地带性的。

7．潜育化过程

在湿润环境下，排水不良的土壤中所进行的成土过程称为潜育化过程。由于受地

形的限制，降水后形成的过量重力水不能迅速排出，整个土体或下层土壤全年处

于饱和状态，水分占据了几乎所有的空隙，空气难以流通，因此土体处于缺氧的

条件下，还原作用占优势。高价状态的铁离子还原为低价的亚铁离子。其他一些

变价元素（如锰离子），也呈低价还原状态，还原土层以灰色为基调，有时出现

蓝绿色。在地下水位有季节性变动的部位，大空隙部分时间会有空气的流通，因

此出现一些局部的氧化现象，亚铁离子转化为氧化铁（高价），在蓝灰的基质上

出现褐红色的斑块或花纹。潜育化现象在土壤剖面中用g表示。潜育化土壤由于

水分丰富，常常是沼泽植物繁生的地方。在气候比较寒冷的中高纬地区，有机残

体因为微生物活动较弱而得不到及时分解，所以在土壤的表层容易出现一个有机

质大量积累的黑色泥炭层（H）（图9．27）。

8．盐化过程

在地下水位较高而又气候干燥、蒸发力强的地方，土壤发生盐化过程（图9．28）。

因为干燥少雨，干旱地区的土壤普遍缺乏有效的淋溶作用。在干旱区中地势相对

低洼的碟形盆地，由于地下水的汇聚，饱和含水层距地面很近。干旱环境下的地

下水一般是含盐分较多的高矿化度溶液，强烈的地面蒸发过程将地下溶液抽至土

壤表面，水分最终蒸发汽化，所含的可溶性盐类则结晶析出。这种水逸盐留的过

程持续进行，就会使可溶性盐类在土壤表面逐渐积累，甚至出现盐壳。这种含盐

的表层就称盐积层，在土壤剖面中以sa表示。

在一些并非干旱而地下水位和矿化度都较高的地区，如果一年中有某个时期的蒸

发力特别强大，土壤表面也可能出现暂时的盐分积累，但在随后雨季中则会重新

将盐分淋洗下去。这称为季节性的返盐现象。地势低平的黄河三角洲一带就属于

这类地区，土壤表层的盐化现象在干燥大风的春季特别突出。

自然界中天然发生的积盐过程称为盐化作用，由人为活动而产生的地面盐分积聚

称为次生盐化作用。次生盐化主要是由于人类水利措施不当导致地下水位上升而

引起的，包括不适当的灌溉、修建水库和引水渠等。